EP0181657A1 - Optischer Schalter - Google Patents

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EP0181657A1
EP0181657A1 EP85201646A EP85201646A EP0181657A1 EP 0181657 A1 EP0181657 A1 EP 0181657A1 EP 85201646 A EP85201646 A EP 85201646A EP 85201646 A EP85201646 A EP 85201646A EP 0181657 A1 EP0181657 A1 EP 0181657A1
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EP
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housing
switching part
optical
optical switch
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Wilfred André Maria Snijders
Jacques Petrus Klomp
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Koninklijke Philips NV
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Philips Gloeilampenfabrieken NV
Koninklijke Philips Electronics NV
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    • G—PHYSICS
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    • G02B6/354—Switching arrangements, i.e. number of input/output ports and interconnection types
    • G02B6/3544—2D constellations, i.e. with switching elements and switched beams located in a plane
    • G02B6/3548—1xN switch, i.e. one input and a selectable single output of N possible outputs
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    • G02B6/358—Latching of the moving element, i.e. maintaining or holding the moving element in place once operation has been performed; includes a mechanically bistable system

Definitions

  • the invention relates to an optical switch with a housing and with a movable switching part, wherein at least one optical fiber is held in the housing and in the switching part, and optical fiber ends are opposite each other in at least one position of the switching part.
  • such a switch is designed as an on / off switch.
  • a switch with a switch function e.g. an incoming optical fiber is switched between two outgoing optical fibers.
  • DE-AS 25 31 398 describes an optical switch in which at least two optical fibers are arranged in a housing in a manner similar to that of a reed contact and in such a way that their ends are not opposite one another in the rest position.
  • One of the two optical fiber ends is held in a piece of pipe made of magnetically active material and by the action of a magnetic force this optical fiber is bent so that the axes of the two optical fibers coincide. If the force ceases, the deflected optical fiber piece springs back into its initial position.
  • the position of the fiber ends relative to one another has a significant influence on the losses of an optical switch, in which the switching process takes place by moving an optical fiber end.
  • the radial offset and the angular offset of the fiber axes play a role.
  • the optical switch known from DE-AS 25 31 398 is therefore a very precise adjustment of the magnetic field with respect to the optical fiber contained in the tube piece is required. Changes in the elasticity of the optical fiber, such as those caused by temperature fluctuations, already cause a significant increase in losses. If a switchover function is to be realized with the known switch, in which an optical connection should also be able to be established in the rest position of the optical fiber contained in the tube piece, the installation position already plays a role due to the effect of gravity.
  • the invention has for its object to provide an optical switch of the type mentioned, which has small dimensions, is inexpensive to manufacture with simple components and also has only low and constant attenuation values when configured as a switch over a large number of switching cycles.
  • the optical switch shown in FIG. 1 consists of the housing 1 and the movable switching part 2.
  • the housing is made of aluminum, while the switching part 2 consists of a magnetically active material. It is held in the housing 2 with the two mutually parallel leaf springs 3 which are clamped on the one hand in the switching part 2 and on the other hand on an inside of the housing. The distance between the clamping points is very short, in this area the two leaf springs are of the same length. They are installed under pre-tension such that they press the switching part 2 against the stop 4 by their spring force and thus hold the switching part 2 in a first position. There is a further stop 5 on the opposite side of the housing and an electromagnet 6a in the magnetic part 6. By means of this electromagnet 6a, the movable switching part 2 can be moved into its second position against the force exerted by the two leaf springs, which is determined by the second stop 5.
  • the two stops are designed as adjusting screws, they can be adjusted independently of one another, the two positions of the switching part also being able to be set very precisely independently of one another.
  • two V-grooves 7 are arranged, in which the two optical fibers 9 guided from the outside are fixed. This determination can be made by clamping, in the exemplary embodiment the two optical fibers are glued in.
  • the movable switching part 2 there are two further V-grooves 8, in which two further optical fibers 10 be are consolidated. These two optical fibers are led out of the housing on this side, taking suitable measures to ensure that they are not kinked or excessively bent during the movements which the switching part 2 performs during switching operations.
  • Fig. 1 the active position is shown, that is the position that the switching part 2 assumes when the electromagnet is energized. Then the ends of the two pairs of optical fibers lie exactly opposite one another.
  • a single stop, namely stop 5, is sufficient to simultaneously coordinate both optical paths from A to B and from C to D for minimal attenuation.
  • the switching part 2 In the passive position, when the switching part 2 assumes the position determined by the spring force of the leaf springs, the ends are opposite one optical fiber of the two pairs, through which the path from A to D is formed. In this position, the optical path is to be tuned for minimal damping solely by the stop 4, the tuning in this position being independent of the tuning of the first position.
  • the optical switch according to the invention has only slight optical losses over a large temperature range, the values of which remain unchanged even over a large number of switching cycles.
  • optical switch in each switching position to achieve an exact alignment of the axes of the optical fibers with respect to one another without radial misalignment and without angular errors, is due to the invention solved.
  • this problem becomes particularly complicated because here there are a total of three optical paths and one of these optical paths is formed with an input and an output line of the other optical paths.
  • the optical switch according to the invention manages here with one tuning process for each switching part position. It has only small dimensions and is made up of only a small number of relatively simple mechanical components.
  • a particular advantage lies in the simple manufacturing procedure, in which very high accuracy is achieved with simple means.
  • the movable switching part with the two leaf springs 3 is mounted in the housing 1, it being ensured that the switching part is pressed against the stop 4 by the pretension of the leaf springs.
  • the stop 4 which is adjusted accordingly for this purpose, and a loose intermediate layer, it is pressed against the magnetic part, so that it assumes the active position.
  • the housing and the switching part are clamped together.
  • the surfaces of the housing and the switching part, which are supposed to support the V-channels are machined so that they form one level, then the V-channels in the housing and the switching part are machined in a single continuous process, e.g. etched or milled.
  • optical switch U shows an example of the use of an optical switch which is designed as a changeover switch in accordance with the exemplary embodiment shown in FIG. 1.
  • the optical fibers A and D are parts of a communications network in which repeaters R are switched on at certain intervals. If a repeater fails, it must be bridged by a bypass line so that the entire transmission is not completely interrupted.
  • the optical switch U is switched on, to which the repeater R is connected via the two optical fibers B and C.
  • the two solid lines between repeater R and the winding W of the electromagnet in the switch U indicate that the switch U is actuated by a signal emitted by the repeater R.
  • the changeover switch is in the active state and establishes the connections between A and B and between C and D. In the event of a fault, the magnet drops out and the connection between A and D is switched through.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen optischen Schalter mit einem Gehäuse (1) und mit einem beweglichen Schaltteil (2), wobei im Gehäuse (1) und im Schaltteil (2) je wenigstens eine Lichtleitfaser (9) gehalten ist und in wenigstens einer Stellung des Schaltteils (2) Lichtleitfaserenden (9) einander gegenüberliegen. Das Schaltteil (2) ist durch wenigstens zwei zueinander parallele im Gehäuse befestigte Blattfedern (3) gehalten und wird in Ruhelage durch die Federkraft der Blattfedern (3) gegen einen Anschlag (4) gedrückt. Es besteht aus einem magnetisch wirksamen Material und ist durch ein magnetisches Feld aus seiner Ruhelage gegen einen zweiten einstellbaren Anschlag (5) auslenkbar. Gehäuse und Schaltteil sind mit V-Rinnen (7) versehen, die in einer Ebene liegen und in einem Arbeitsgang eingearbeitet werden.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf einen optischen Schalter mit einem Gehäuse und mit einem beweglichen Schaltteil, wobei im Gehäuse und im Schaltteil je wenigstens eine Lichtleitfaser gehalten ist und in wenigstens einer Stellung des Schaltteils Lichtleitfaserenden einander gegenüberliegen.
  • Ein solcher Schalter ist im einfachsten Fall als Ein/Ausschalter ausgebildet. Bei einem Schalter mit Umschaltfunktion wird z.B. eine ankommende Lichtleitfaser zwischen zwei abgehenden Lichtleitfasern hin und hergeschaltet.
  • In der DE-AS 25 31 398 ist ein optischer Schalter beschrieben, bei dem mindestens zwei Lichtleitfasern ähnlich wie bei einem Reedkontakt in einem Gehäuse angeordnet sind und zwar derart, daß ihre Enden in Ruhelage einander nicht gegenüberliegen. Eines der beiden Lichtleitfaserenden ist in einem Rohrstück aus magnetisch wirksamem Material gefaßt und durch die Einwirkung einer magnetischen Kraft wird diese Lichtleitfaser so verbogen, daß die Achsen der beiden Lichtleitfasern zusammenfallen. Hört die Krafteinwirkung auf, so federt das ausgelenkte Lichtleitfaserstück in seine Ausgangslage zurück.
  • Von maßgeblichen Einfluß auf die Verluste eines optischen Schalters, bei dem der Schaltvorgang durch Bewegen eines Lichtleitfaserendes erfolgt, ist die Lage der Faserenden zueinander. Dabei spielen neben dem Abstand der Fasern in axialer Richtung vor allem der radiale Versatz und der Winkelversatz der Faserachsen eine Rolle. Bei dem aus der DE-AS 25 31 398 bekannten optischen Schalter ist daher eine sehr präzise Justierung des Magnetfeldes bezüglich der im Rohrstück gefaßten Lichtleitfaser erforderlich. Dabei verursachen bereits Veränderungen der Elastizität der Lichtleitfaser, wie sie z.B. durch Temperaturschwankungen hervorgerufen werden können, eine deutliche Erhöhung der Verluste. Soll mit dem bekannten Schalter eine Umschaltfunktion verwirklicht werden, bei der auch in Ruhelage der im Rohrstück gefaßten Lichtleitfaser eine optische Verbindung herstellbar sein soll, so spielt wegen der Wirkung der Schwerkraft bereits die Einbaulage eine Rolle.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen optischen Schalter der eingangs genannten Art zu schaffen, der kleine Abmessungen aufweist, mit einfachen Komponenten kostengünstig herzustellen ist und auch bei Ausgestaltung als Umschalter über eine Vielzahl von Schaltspielen hinweg nur geringe und gleichbleibende Dämpfungswerte aufweist.
  • Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß das Schaltteil durch wenigstens zwei zueinander paralelle im Gehäuse befestigte Blattfedern gehalten ist. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
  • Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnungen beschrieben und ihre Wirkungsweise erläutert.
  • Es zeigen:
    • Fig. l ein Ausführungsbeispiel eines optischen Schalter nach der Erfindung
    • Fig. 2 ein Beispiel für die Anwendung des optischen Schalters.
  • Der in der Fig. 1 in schematischer Darstellung gezeigte optische Schalter besteht aus dem Gehäuse 1 und dem beweglichen Schaltteil 2. Das Gehäuse ist beim Ausführungsbespiel aus Aluminium gefertigt, während das Schaltteil 2 aus einem magnetisch wirksamen Material besteht. Es ist im Gehäuse 2 mit den beiden zueinander parallelen Blattfedern 3 gehalten, die einerseits in Schaltteil 2 und andererseits an einer Innenseite des Gehäuses eingespannt sind. Der Abstand zwischen den Einspannstellen ist sehr kurz, in diesem Bereich sind die beiden Blattfedern gleich lang. Sie sind unter Vorspannung eingebaut derart, daß sie durch ihre Federkraft das Schaltteil 2 gegen den Anschlag 4 drücken und somit das Schaltteil 2 in einer ersten Position halten. Auf der gegenüberliegenden Seite des Gehäuses befindet sich ein weiterer Anschlag 5 sowie im Magnetteil 6 ein Elektromagnet 6a. Mittels dieses Elektromagneten 6a kann das bewegliche Schaltteil 2 gegen die von den beiden Blattfedern ausgeübte Kraft in seine zweite Position bewegt werden, die durch den zweiten Anschlag 5 bestimmt ist.
  • Die beiden Anschläge sind als Einstellschrauben ausgebildet, sie sind unabhängig voneinander verstellbar, wobei die beiden Positionen des Schaltteiles ebenfalls unabhängig voneinander sehr genau eingestellt werden können.
  • Auf der der Einspannstelle für die beiden Blattfedern gegenüberliegenden Seite des Gehäuses sind zwei V-Rinnen 7 an angeordnet, in denen die beiden von außen herangeführten Lichtleitfasern 9 festgelegt sind. Diese Festlegung kann durch Klemmen erfolgen, im Ausführungsbeispiel sind die beiden Lichtleitfasern eingeklebt. Im beweglichen Schaltteil 2 befinden sich zwei weitere V-Rinnen 8, in denen zwei weitere Lichtleitfasern 10 befestigt sind. Diese beiden Lichtwellenleiter sind auf dieser Seite aus dem Gehäuse herausgeführt, wobei durch geeignete Maßnahmen dafür gesorgt ist, daß sie bei den Bewegungen, welche das Schaltteil 2 bei Schaltvorgängen ausführt, nicht geknickt oder unzulässig stark abgebogen werden.
  • In Fig. 1 ist die aktive Position eingezeichnet, das ist die Position, die das Schaltteil 2 einnimmt, wenn der Elektromagnet erregt ist. Dann liegen die Enden der beiden Paare von Lichtleitfasern einander genau gegenüber. Ein einziger Anschlag, nämlich der Anschlag 5, reicht aus, um gleichzeitig beide optischen Wege von A nach B und von C nach D auf minimale Dämpfung abzustimmen.
  • In der passiven Lage, wenn das Schaltteil 2 die durch die Federkraft der Blattfedern bestimmte Position einnimmt, liegen sich die Enden je einer Lichtleitfaser der beiden Paare gegenüber, durch welche der Weg von A nach D gebildet wird. In dieser Position ist der optische Weg allein durch den Anschlag 4 auf minimale Dämpfung abzustimmen, wobei die Abstimmung in dieser Position unabhängig von der Abstimmung der ersten Position ist.
  • Der optische Schalter nach der Erfindung weist über einen großen Temperaturbereich nur geringe optische Verluste auf, deren Werte auch über eine große Anzahl von Schaltspielen unverändert bleiben. Bei ausgeführten Exemplaren erzielte man bei Versuchen in einem Temperatur-bereich von -30° bis +750C eine Dämpfung von weniger als 0,6 dB und Schaltzeiten von etwa 10 ms.
  • Das Hauptproblem bei optischen Schaltern, in jeder Schaltstellung eine exakte Ausrichtung der Achsen der Lichtleitfasern aufeinander ohne radialen Versatz und -ohne Winkelfehler zu erreichen, ist durch die Erfindung gelöst. Im Fall eines Umschalters, wie er im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 dargestellt ist, wird dieses Problem besonders kompliziert, weil hier insgesamt drei optische Wege vorliegen und einer dieser optischen Wege mit je einer Eingangs- und einer Ausgangsleitung der anderen optischen Wege gebildet wird. Der optische Schalter nach der Erfindung kommt hier mit je einem Abstimmvorgang je Schaltteilposition aus. Dabei weist er nur geringe Abmessungen auf und ist aus einer nur kleinen Anzahl relativ einfacher mechanischer Komponenten aufgebaut.
  • Ein besonderer Vorteil liegt in der einfachen Herstellungsprozedur, bei der mit einfachen Mitteln eine sehr hohe Genauigkeit erreicht wird.
  • Zuerst wird das bewegliche Schaltteil mit den beiden Blattfedern 3 im Gehäuse 1 montiert, wobei dafür gesorgt wird, daß das Schaltteil durch die Vorspannung der Blattfedern gegen den Anschlag 4 gedrückt ist. Mit Hilfe des Anschlages 4, der zu diesem Zweck entsprechend Verstellt wird, und einer losen Zwischenlage wird er gegen das Magnetteil gedrückt, so daß er die aktive Position einnimmt. In dieser Lage werden Gehäuse und ,Schaltteil gemeinsam eingespannt. Es werden nun zunächst in einem Arbeitsgang die Oberflächen von Gehäuse und Schaltteil, welche die V-Rinnen tragen sollen, so bearbeitet, daß sie eine Ebene bilden.Sodann werden die V-Rinnen im Gehäuse und im Schaltteil in einem einzigen durchlaufenden Arbeitsgang eingearbeitet, z.B. geätzt oder gefräst. Hierdurch ist auf einfache Weise gewährleistet, daß die V-Rinnen im Schaltteil und im Gehäuse ohne Winkelfehler exakt in jeweils einer Richtung verlaufen und ihre Abstände voneinander in beiden Elementen Schaltteil und Gehäuse identisch sind. Sie haben in bei den Elementen auch die gleiche Tiefe. Die absoluten Werte dieser Parameter sind von geringer Bedeutung. Danach werden die Lichtleitfasern in diese V-Rinnen eingeklemmt oder eingeklebt. Als Abstandsmittel kann zwischen Schaltteil und Gehäuseinnenseite eine Folie eingelegt sein, die nach der Fertigstellung des optischen Schalters wieder entfernt wird. Abschließend wird das Gehäuse mit einer in der Fig. 1 nicht dargestellten Abdeckplatte verschlossen.
  • In Fig. 2 ist ein Beispiel für die Anwendung eines optischen Schalters gegeben, der gemäß dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel als Umschalter ausgebildet ist. Die Lichtleitfasern A und D sind Teile eines Nachrichtennetzes, bei welchem in gewissen Abständen Repeater R eingeschaltet sind. Fällt ein Repeater aus, so ist es erforderlich, ihn durch eine Umgehungsleitung zu überbrücken, damit nicht die gesamte Übertragung vollständig unterbrochen wird. Zu diesem Zweck ist der optische Umschalter U eingeschaltet, an den über die beiden Lichtleitfasern B und C der Repeater R angeschlossen ist. Mit den beiden durchgezogenen Linien zwischen Repeater R und der Wicklung W des Elektromagneten im Umschater U ist angedeutet, daß der Umschalter U durch ein vom Repeater R abgegebenes Signal betätigt wird. Ist der Repeater R in Ordnung, so ist der Elektromagnet erregt, der Umschalter befindet sich im aktiven Zustand und stellt die Verbindungen zwischen A und B und zwischen C und D her. Bei einer Störung fällt der Magnet ab und es wird die Verbindung zwischen A und D durchgeschaltet.

Claims (6)

1. Optischer Schalter mit einem Gehäuse und mit einem beweglichen Schaltteil, wobei im Gehäuse und im Schaltteil je wenigstens eine Lichleitfaser gehalten ist und in wenigstens einer Stellung des Schaltteils Lichtleitfaserenden einander gegenüberliegen, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltteil (2), durch wenigstens zwei zueinander parallele im Gehäuse befestigten Blattfedern (3) gehalten ist.
2. Optischer Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltteil (2) in Ruhelage durch die Federkraft der Blattfedern (3) gegen einen ersten einstellbaren Anschlag (4) gedrückt ist.
3. Optischer Schalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltteil (2) wenigstens teilweise aus einem magnetisch wirksamen Material besteht und durch ein magnetisches Feld aus seiner Ruhelage gegen einen zweiten einstellbaren Anschlag (5) auslenkbar ist.
4. Optischer Schalter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das magnetische Feld von einem mit dem Gehäuse (1) verbundenen Elektromagneten (6a) erzeugt wird.
5. Optischer Schalter nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß Gehäuse (1) und Schaltteil (2) mit in einer Ebene liegenden Nuten (7, 8) zur Aufnahme und Befestigung von Lichtleitfasern (9, 10) versehen sind.
6. Optischer Schalter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Nuten (7, 8) V-förmig ausgebildet sind.
EP85201646A 1984-10-12 1985-10-09 Optischer Schalter Expired EP0181657B1 (de)

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DE3437489A DE3437489A1 (de) 1984-10-12 1984-10-12 Optischer schalter
DE3437489 1984-10-12

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EP0181657A1 true EP0181657A1 (de) 1986-05-21
EP0181657B1 EP0181657B1 (de) 1989-07-19

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Publication number Publication date
DE3437489A1 (de) 1986-04-17
JPS6195312A (ja) 1986-05-14
DE3571703D1 (en) 1989-08-24
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